6-第六章_复合材料层合板的湿热效应
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第五章 复合材料湿热效应 §5.1 单向板的热变形系数湿热效应产生原因:一是高温固化,常温使用;二是地理位置差异。
不管何种原因,都将引起复合材料单向板的湿热变形(树脂基易于吸水)。
因纤维、树脂的是热系数不同,单向板的纵向、横向变形就不一致,表现出了热性能的各向异性。
由于不同铺层的单层板粘合在一起,限制了各单层的自由变形,层合板协调的整体变形必将使各铺层产生残余应变和残余应力,是层合板的力学性能降低。
一、单向板的热膨胀系数当温度变化ΔT 时,自由状态下单层板两个主方向的应变应为T⎪⎭⎪⎬⎫⎪⎩⎪⎨⎧1221γεε=⎪⎭⎪⎬⎫⎪⎩⎪⎨⎧1221αααT ∆={}2,1αT ∆ 1α 、2α为单向板的纵横(1、2)向热膨胀系数,12α为纵横向热角变系数,为0值。
偏轴情况下 Txy y x ⎪⎭⎪⎬⎫⎪⎩⎪⎨⎧γεε=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡---22222222n m m n m n m n m n m n n m T⎪⎭⎪⎬⎫⎪⎩⎪⎨⎧1221γεε 或 {}T y x ,ε=[]εT {}T 2,1ε=[]εT {}2,1αT ∆={}y x ,αT ∆偏轴线胀系数为 x α=1αcos 2θ+2α sin 2θ y α=1αsin 2θ+2α cos 2θ xy α=2(1α-2α)sin θcos θx α、y α、xy α为偏轴(X 、Y )方向的热膨胀系数及热角变系数,显然,12α=0,而xy α≠0。
二、单向板的湿膨胀系数材料吸水后会发生膨胀,应变为 H⎪⎭⎪⎬⎫⎪⎩⎪⎨⎧1221γεε=⎪⎭⎪⎬⎫⎪⎩⎪⎨⎧1221βββC ={}2,1βC1β 、2β为1、2方向湿膨胀系数,12β为湿角变系数(为0), C 称为吸水浓度,C =吸水量/干燥试件质量。
同样,偏轴湿膨胀系数为 ⎪⎭⎪⎬⎫⎪⎩⎪⎨⎧xy y x βββ=[]εT ⎪⎭⎪⎬⎫⎪⎩⎪⎨⎧1221βββ={}y x ,βHxy y x ⎪⎭⎪⎬⎫⎪⎩⎪⎨⎧γεε=⎪⎭⎪⎬⎫⎪⎩⎪⎨⎧xy y x βββ C = {}y x ,βC§5.2 单层板湿热膨胀系数预测本节主要讨论如何用纤维、树脂的湿热膨胀系数和模量来预估单层板的主向湿热膨胀系数。
层合板湿热环境的力学性能研究摘要:以某型号复合材料层压结构为研究对象,对其在各种温度和湿度组合条件下的复合材料使用性能进行试验和评估,证明其在该条件下弯曲强度、模量和层间剪切强度的性能保持率较高。
关键词:复合材料层合板湿热性能随着科技发展,纤维增强树脂基复合材料因其良好的力学性能已被广泛应用于航空,航天,船舶,交通等领域。
复合材料具有较强的吸水能力,其使用性能受湿热环境的影响特别显著,因此,工程实际中必须对各种温度和湿度组合条件下的复合材料使用性能进行试验和评估。
1.试验的准备及试验过程复合材料的吸湿是一个缓慢的湿度弥散过程,其含湿量为结构重量中所含水分重量的百分比,故亦叫吸水率。
吸水率的大小受环境温度、相对湿度、不同材料体系、层压板厚度和基体的含湿量等的影响。
经过长期吸湿,复合材料内的水分达到平衡状态,称为饱和吸水率[1]。
饱和吸水率主要取决于环境相对湿度和不同的材料体系。
1.1. 试样结构本研究中,试样采用环氧树脂单向碳纤维复合材料,基体是一种新型的中温改性环氧树脂,增强材料是日本东丽公司生产的15000碳纤维,选取三种不同的成形方式:真空法成形,模压法成形和热压罐成形。
1.2. 湿热试验将所有试件和跟随件烘干使之达到工程干态。
将工程干态试样置于湿热环境箱中,在温度为71 1℃、相对湿度为95 5%RH的环境下吸湿。
用分析天平称跟随件质量。
称重时,需先将跟随件从环境箱中取出,冷却到室温后,用干布搽拭表面,然后放入天平称重。
当跟随件的工程吸湿量达到所要求的百分数时,将试件达到所要求的吸湿量以后,就进行试验。
2 试验结果与讨论2.1. 湿热对复合材料吸湿率的影响在使用条件下,湿扩散是在整个寿命期内进行的,因此,研究吸湿对复合材料性能的影响是十分必要的。
温度和湿度对复合材料基体的影响比纤维大的多,一般情况下可忽略对纤维的影响。
环氧复合材料基体具有较好的耐湿热性能,吸湿率较低,其碳纤维复合材料的耐湿热性能有明显的改善。
复合材料夹层结构湿热试验1. 引言1.1 概述概述部分内容:复合材料夹层结构广泛应用于各个领域,如航空航天、汽车制造、建筑等。
夹层结构由两个或多个不同材料层组成,通过粘合或堆叠在一起,形成具有特定性能和功能的材料。
相比于传统材料,复合材料夹层结构具有重量轻、强度高、耐热、耐腐蚀等优点,因此备受关注。
湿热试验是评估复合材料夹层结构在湿热环境下性能稳定性的一种重要方法。
通过将样品暴露在高温高湿的环境中,模拟真实使用条件下的气候环境,来测试材料的耐候性、强度和粘接性能等关键指标。
湿热试验能够帮助工程师和科研人员了解材料在潮湿和高温环境下的性能变化规律,提供可靠的数据支持来指导材料开发、设计优化和工业应用。
本文旨在探讨复合材料夹层结构在湿热试验中的表现以及湿热试验对复合材料夹层结构性能的影响因素。
首先,我们将介绍复合材料夹层结构的定义和特点,以及其在各个领域的应用。
然后,我们将详细描述湿热试验的定义和目的,并探讨湿热试验对复合材料夹层结构性能的影响因素。
最后,我们将总结结论,提出一些对于未来研究的展望。
通过对复合材料夹层结构湿热试验的研究,我们可以更深入地理解复合材料夹层结构在实际应用中的性能和稳定性,为复合材料的开发和应用提供有效的参考和指导。
同时,对于相关领域的工程师和科研人员,本文也可作为他们进行复合材料夹层结构湿热试验和性能评估时的重要参考资料。
1.2 文章结构文章结构部分的内容可以根据以下描述进行编写:文章结构部分旨在向读者展示本文的框架和组织方式。
本文将按照以下几个主要部分进行撰写和论述。
首先,我们将在引言部分给出本文的概述,简要介绍复合材料夹层结构湿热试验的背景和重要性。
接着,我们将详细介绍本文的目的,即通过分析复合材料夹层结构湿热试验的定义和影响因素,探讨其在实际应用中的作用和意义。
然后,正式进入正文部分。
在第二节中,我们将首先对复合材料夹层结构进行定义和特点的阐述,以便读者对其有一个基本的了解。
复合材料层合板在不同温度场中的热屈曲行为
田新鹏;李金强;郭章新;韩志军
【期刊名称】《太原理工大学学报》
【年(卷),期】2016(47)2
【摘要】基于经典冯·卡门(Von Karman)平板理论,运用哈密顿(Hamilton)原理,分别对复合材料层合板在均匀温度场下和非均匀温度场下的热屈曲行为进行研究,并探讨层合板的边界条件对临界屈曲温度的影响.利用ANSYS软件模拟获得了与MATLAB软件相一致的数值结果,验证了本文理论和程序的可靠性.结果表明,均匀温度场下,层合板的临界屈曲温度与其边界条件和铺层角度密切相关;非均匀温度场下,层合板的临界屈曲温度受温度分布、振动模式和边界条件的影响.
【总页数】6页(P264-269)
【作者】田新鹏;李金强;郭章新;韩志军
【作者单位】太原理工大学力学学院,太原 030024;太原理工大学力学学院,太原030024;太原理工大学力学学院,太原 030024;太原理工大学力学学院,太原030024
【正文语种】中文
【中图分类】O242.21;O343.6
【相关文献】
1.纤维增强正交各向异性复合材料层合板的湿热屈曲 [J], 刘述伦;薛江红;王璠
2.含分层损伤的复合材料加筋层合板的非线性热屈曲分析 [J], 陈浩然;尹向勇;郭兆
璞;孙先念
3.复合材料层合板的热屈曲荷载的优化设计 [J], U. Topal; U. Uzman
4.不同对流换热条件下复合材料层合板固化温度场与热应力分析 [J], 顾威; 陈淑仙
5.不同对流换热条件下复合材料层合板固化温度场与热应力分析 [J], 顾威;陈淑仙因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
湿热对玻璃纤维复合材料层合板性能的影响屈腾腾;张晓洁;童俊梅;胡锐【摘要】Glass fiber composite material is composed of glass fiber and resin,with high mechanical properties,low density,low cost characteristics.However,in the use and maintenance of aircraft,the moisture absorption of composite materials is inevitable,and can not be simulated well.This article analyzes moisture diffusion process through Tencate 7781 Glass fiber composite specimens conditioned in hygrothermal environment when effective moisture equilibrium is achieved.It indicates that mechanical property and glass transition temperature of wet composite would decline to different extent by contrasting with dry material,and the reason for descending is also analyzed preliminarily.%玻璃纤维复合材料由玻璃纤维和树脂组成,具有较高的机械性能及低密度、低成本的特点.然而在飞机的使用和维护中,复合材料的吸湿不可避免,而且不能很好模拟.通过对Tencate 7781玻璃纤维复合材料试样高温吸湿处理,分析了其吸湿扩散过程,对比室温干态的材料性能数据,显示复合材料力学性能和玻璃化转变温度均有不同程度的下降,并分析了下降的原因.【期刊名称】《航空制造技术》【年(卷),期】2017(000)019【总页数】5页(P101-104,109)【关键词】玻璃纤维;复合材料层合板;湿热;吸湿;性能【作者】屈腾腾;张晓洁;童俊梅;胡锐【作者单位】中航通飞华南飞机工业有限公司,珠海519040;中航通飞华南飞机工业有限公司,珠海519040;中航通飞华南飞机工业有限公司,珠海519040;中航通飞华南飞机工业有限公司,珠海519040【正文语种】中文玻璃纤维复合材料是由玻璃纤维和树脂组成,具有较高的机械性能及低密度、低成本的特点。
复合材料机械连接湿热效应及预紧力衰减规律研究复合材料具有强度高、可设计性好、耐腐蚀、降低维护成本等优良特性,在航空、航天以及军事领域得到了广泛应用。
由于在工程应用中受到技术水平的限制或者结构设计的需要,例如拆装方便和维护方便,复合材料结构的设计中必须安排一定数量的连接。
复合材料连接在长期贮存件下,受残余应力、吸湿以及预紧力衰减等因素影响,其力学性能不断下退化。
连接往往是结构的薄弱环节,因此,建立和发展湿热环境下复合材料连接性能的预报和分析方法,研究其性能演变规律,对提高复合材料结构设计水平和安全评价具有重要意义。
本文以典型的T300/AG80复合材料机械连接为研究对象,研究了复合材料热残余应力预报方法,应力-吸湿耦合模型,以及基于粘弹性理论的复合材料连接预紧力衰减预报模型,分析了温度、湿度和预紧力衰减等因素对复合材料连接性能的影响。
具体工作如下:建立了考虑了泊松效应的复合材料单胞模型,计算了单胞的纤维和基体材料热应力分布,给出了复合材料等效热胀系数的理论预报方法。
采用材料膨胀系数测试仪,测量了T300/AG80复合材料的热胀系数,热膨胀系数的理论预报和试验结果比较误差小于9%。
结合等效热膨胀系数预报方法,建立了复合材料热残余应力以及变形预报模型,同时进行了有限元分析。
试验测量了复合材料层板的热变形,对比试验、有限元模拟和理论预报结果,三者的复合材料温度-变形曲线吻合良好。
在Fick第二定律的基础上,建立了复合材料等效扩散时间模型,推导了三维应力状态下基体材料应力与扩散系数的耦合关系方程,并进一步建立了考虑应力-吸湿耦合关系的复合材料层板吸湿模型。
与其它模型相比,该模型可以准确的预报复合材料吸湿过程中,吸湿率与时间关系曲线出现的异常行为。
采用ASTMD5229标准,进行了复合材料吸湿试验研究,与试验结果比较表明,应力-吸湿耦合模型预报的吸湿率与试验结果吻合良好。
基于应力-吸湿耦合模型,计算了复合材料层板厚度方向的应力分布情况,采用有限元方法分析了复合材料厚度方向的吸湿率和应力分布,与理论预报结果吻合很好。
湿热环境下复合材料含孔层合板静力拉伸性能及工程估算模型贾宝惠;任鹏;宋挺;卢翔;熊亿杰;杨霄【期刊名称】《高分子材料科学与工程》【年(卷),期】2024(40)2【摘要】湿热环境下的复合材料结构件力学性能预测对其工程应用具有重要意义。
文中针对复合材料层合板静力拉伸性能和强度预测问题,开展6种湿热环境下复合材料含孔层合板的静力拉伸试验,分析其结构失效响应及损伤表征。
基于应力场强法建立湿热环境下复合材料含孔层合板工程估算模型,与有限元渐进损伤模型和试验结果进行对比,分析了湿热环境对含孔层合板力学性能和拉伸失效的影响。
结果表明,工程估算模型预测结果与有限元及试验结果误差范围较小,可用于预测温度和吸湿率对含孔层合板拉伸失效强度的影响;相比于室温干态,75℃吸湿饱和态下试件拉伸失效强度下降了6.1%;25℃干态和75℃吸湿饱和态下含孔层合板0°铺层出现最为严重的纤维拉伸失效,90°铺层出现最为严重的基体拉伸失效,纤维拉伸失效和基体拉伸失效为层合板主要破坏模式;通过扫描电镜对75℃吸湿饱和态下层合板厚度方向微观形貌进行分析,发现试件0°方向纤维与树脂的脱粘程度加重且出现明显的裂痕,90°方向纤维分布较为齐整,但黏附的树脂较少。
【总页数】14页(P101-114)【作者】贾宝惠;任鹏;宋挺;卢翔;熊亿杰;杨霄【作者单位】中国民航大学交通科学与工程学院;中国民航大学航空工程学院【正文语种】中文【中图分类】TB33【相关文献】1.含孔层合板剩余强度估算的应力场强法工程简化模型2.湿热环境下开孔复合材料层合板的强度3.拉伸载荷下含孔复合材料层合板的力学性能及失效机理4.低温条件下含孔碳纤维复合材料层合板拉伸损伤特性研究5.湿热环境下ZT7H/5429复合材料层合板的拉伸性能因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
湿热环境对碳纤维增强树脂基复合材料力学性能的影响及其损伤机理杨旭东;安涛;邹田春;巩天琛【摘要】采用加速吸湿法研究经3种湿热环境(湿度为85%RH,温度分别为25,70,85℃)处理后CFRP层合板的吸湿特性,对吸湿前后的碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)层合板分别进行拉伸、压缩、剪切实验,研究其力学性能变化规律,利用扫描电镜和红外光谱分析湿热环境中CFRP层板的损伤机理,最后采用最小二乘法拟合提出湿热环境下CFRP层合板力学性能的预测公式.结果表明:CFRP层合板的吸湿初期特性符合Fick定律;相同湿度下环境温度越高,CFRP的吸湿速率和平衡吸湿率越大,达到吸湿平衡所需时的间越长;3种湿热环境处理后的CFRP层板的90°拉伸和剪切力学性能下降最明显;经湿热环境处理后水分子通过氢键与环氧树脂发生缔合,但CFRP层合板中的各组分未发生化学结构变化;拟合建立的不同湿热条件下力学性能衰退公式与实验结果基本一致.【期刊名称】《材料工程》【年(卷),期】2019(047)007【总页数】8页(P84-91)【关键词】CFRP;湿热;力学性能;损伤机理;强度预测【作者】杨旭东;安涛;邹田春;巩天琛【作者单位】中国民航大学中欧航空工程师学院,天津300300;中国民航大学中欧航空工程师学院,天津300300;中国民航大学民用航空器适航审定技术与管理研究中心,天津300300;中国民航大学民用航空器适航审定技术与管理研究中心,天津300300【正文语种】中文【中图分类】TB332碳纤维增强树脂基复合材料(carbon fiber reinforced plastics,CFRP)具有高比强度、高比模量、可设计性强、抗疲劳性能好等优点,在航空航天、车辆交通[1-3]等领域得到了愈加广泛的应用。
但是湿热环境会对CFRP的基体、纤维、纤维-基体界面[4]造成不同形式、不同程度的破坏,并使CFRP的力学性能发生退化。
湿热环境下体积含量对T300层合板力学性能的影响发布时间:2022-08-03T07:01:58.244Z 来源:《科学与技术》2022年第3月第6期作者:张大千施彦晨[导读] 针对国产碳纤维树脂基复合材料T300层合板,在70°水浸的条件下进行饱和湿热处理,张大千施彦晨沈阳航空航天大学 110136摘要:针对国产碳纤维树脂基复合材料T300层合板,在70°水浸的条件下进行饱和湿热处理,当碳纤维体积含量分别为58%,65%,70%时,按相关标准测量其在室温下的0°拉伸强度,0°压缩强度,弯曲强度,层间剪切强度,弹性模量。
结果表明:在湿热处理后,65%纤维体积含量的试件,压缩强度、弯曲强度和层间剪切强度值下降最少,70%纤维含量的试件,拉伸强度值下降最少,受湿热影响最大的是58%纤维含量的试件,强度下降最明显。
湿热处理后弹性模量的下降与纤维体积含量有关,纤维含量越高弹性模量下降越低,70%纤维含量的试件的弹性模量下降最少。
关键词:碳纤维复合材料,层合板、湿热环境,体积含量,力学性能碳纤维增强型树脂基复合材料强度高、抗腐蚀、抗冲击,广泛应用于航空航天飞行器上。
飞行器在实际工况下,温度和湿度存在较大变化,而碳纤维复合材料中的树脂易吸水,对温度敏感,会影响复合材料的内部结构,使其力学性能下降[1-7],因此,对复合材料进行湿热特性的研究非常重要。
齐磊等[8]发现,与进口的T300和T700树脂基复合材料相比,国产T300 碳纤维/双马树脂复合材料层合板的湿热性能较差,原因是其界面黏性弱导致的。
冯青等[9]的研究表明,采用不同的吸湿方法会影响材料的吸湿率,层间剪切强度的下降主要受吸湿率的控制,受湿热条件的影响不大。
张会丽等[10]研究了不同纤维体积含量的碳玻混杂复合材料层合板拉伸性能、压缩性能,发现纤维体积含量越高,0°单向层合板的压缩模量上升。
王迎芬等[11]采用同样的国产QY9611 双马树脂基体,研究对比了进口和国产的T700碳纤维,发现国产的T700拥有更高的湿热力学性能。
上海交通大学硕士学位论文湿热环境对复合材料剪切层合板自由振动和动力响应的影响姓名:***申请学位级别:硕士专业:固体力学指导教师:***2002.6.28上海交通大学硕士学位论文湿热环境对复合材料剪切层合板自由振动和动力响应的影响摘要本文从细观一宏观的力学模型出发,研究了受横向动力荷载作用的、置于双参数弹性地基(Pasternak型地基)上的复合材料剪切层合板在湿热环境影响下的自由振动和动力响应问题。
从复合材料的细观模型考虑,复合材料的材料参数是随温度和湿度的变化而变化的。
基于Reddy的高阶剪切变形板理论和Shen导出的yonKarman方程式,并且在控制方程中加入了湿热的影响项。
本文使用双傅立叶级数展开法求解方程的。
考虑了不同的湿热环境下的不可移四边简支的对称正交铺设和反对称角铺设的层合板的自由振动和瞬态响应问题。
为了检验本文方法的有效性,文中给出了一系列比较算例。
结果用表格和图的形式给出。
参数分析讨论了湿热环境和纤维组成比率对弹性地基上复合材料剪切层合板的自振频率和瞬态响应的影响。
fI希望本文的结果对于了解复合材料剪切层合板在不同环境条件下\、、/—、~,的振动性能有所帮助。
yoo//√关键词:湿热环境,层咨板,高阶剪切菱形理论,弹性近基,振动,动力响应,.丫\√HygrothermaleffectsonthevibrationandtransientresponseofsheardeformablelaminatedplatesABSTRACTTheeffectofhygrothermalconditionsonthefreevibrationanddynamicresponseofsheardeformablelaminatedplatessubjectedtotransversedynamicloadandrestingonatwo-parameter(Pastemak-type)elasticfoundationisinvestigatedusingamicro-to·macro-mechanicalanalyticalmodel.Thematerialpropertiesofthecompositeareaffectedbythevariationoftemperatureandmoisture,andarebasedonflmicro.mechanicalmodelofalaminate.ThegoverningequationsarebasedonReddy’ShigherordersheardeformationplatetheoryandShen’Sthatincludeshygrothermaleffects.generalyonKarman-typeequationThesolutionsareobtainedbyusingdoubleFourierseries.Thenumericalillustrationsconcernthefreevibrationandtransientresponseofsimplylaminatedsupported,symmetriccross-plyandantisymmetricangle-plyplatesunderdifferentsetsofenvironmentalconditions.Somecomparisonstudiesarefirstexaminedandresultsaregivenintabularandgraphicalforms.AparametricstudyhasthenbeencarriedouttoshowtheeffectofenvironmentsandfibrevolumefractionsonthenaturalhygrothermalandtransientresponsesofsheardeformablelaminatedplatesfrequenciesTI上海交通大学硕士学位论文restingonelasticfoundationsItishopedthattheresultsofthispaperwillcontributetoabetterunderstandingofthevibrationcharacteristicsofsheardeformablelaminatedplatesunderdifferentsetsofenvironmentalconditionsKeywords:hygrothermalenvironment,laminatedplate,higherordersheardeformationplatetheory,elasticfoundation,vibration,dynamicresponsem上海交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅。
湿热环境对复合材料层间断裂韧性的影响规律及其机理
符景皓;程鹏飞
【期刊名称】《航空工程进展》
【年(卷),期】2024(15)3
【摘要】层间断裂韧性是表征复合材料抗层间分层扩展能力的主要指标,湿热环境是飞机复合材料结构面临的主要严酷环境,研究湿热环境下的层间断裂韧性在航空领域具有重要意义。
通过不同湿热环境条件下的Ⅰ型和Ⅱ型层间断裂韧性实验,分析其微观结构,获取湿热环境对树脂基复合材料层间断裂韧性的影响规律和湿热环境对层间断裂韧性的影响机制。
结果表明:湿热环境会对树脂基复合材料Ⅰ型和Ⅱ型层间断裂韧性产生截然相反的影响,随着温度上升,树脂基复合材料层压板Ⅰ型层间断裂韧性呈上升趋势,而Ⅱ型层间断裂韧性呈下降趋势;Ⅰ型分层时会出现大量纤维桥联现象,湿热环境下树脂发生软化,纤维桥联现象增多,导致Ⅰ型层间断裂韧性随温度升高而增大;湿热环境下随着温度的升高,树脂的剪切强度会逐渐降低,树脂与纤维的界面剪切强度也会逐渐降低,导致Ⅱ型层间断裂韧性随温度升高而降低。
【总页数】10页(P52-61)
【作者】符景皓;程鹏飞
【作者单位】西北工业大学伦敦玛丽女王大学工程学院;中国飞机强度研究所材料力学性能测试技术研究室
【正文语种】中文
【中图分类】V214.8;TB33
【相关文献】
1.层间颗粒增韧复合材料层压板的Ⅱ型层间断裂韧性
2.湿热老化对T700/TDE-85复合材料层间剪切强度的影响
3.复合材料层合板多向层间的Ⅱ型分层断裂韧性研究
4.湿热对单向复合材料层板断裂韧性及疲劳裂纹扩展的影响
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第13章复合材料的湿热效应由于纤维增强复合材料的构造特点以及它的物理特性,遇到湿热环境对复合材料性能就会产生较大的影响。
通常,材料产生变形除了外施载荷因素影响之外,环境温度或湿度的明显变化也是一个重要的因素。
特别对树脂纤维增强复合材料来说,由于树脂基体比纤维材料对湿热环境更加敏感,首先,在单向复合材料中,横向的湿热变形通常比纵向的湿热变形要大得多,从而表现出湿热效应的各向异性;对于有单层板铺覆而成的多向层合板,由于是有受湿热环境影响而变形具有方向性的各个单层粘结而成,当其受湿热变化时,由于层合板沿厚度方向的非均质性而发生互相制约,简单来说,就是各层的湿热变形不一样,但由于各层间紧密黏结在一起阻止了彼此自由的湿热变形,从而在内部引起附加应力,进而会影响层合板的强度。
由此看来,关于复合材料的各向异性特性,不仅就力学性能而言,应从广义上去理解,其他的物理性能如湿热性能等也会呈现出各向异性。
而且复合材料湿热效应的分析工作也必须得到重视。
从这些角度来看,本章对于复合材料湿热效应的影响的分析,主要从单层板的湿热效应、层合板的湿热效应、层合板的残余应变和残余应力、强度计算等四个方面研究。
13.1层合板的湿热变形13. 1.1单层板的湿热变形高温,尤其是湿热联合作用对树脂基复合材料力学性能的影响是显著的。
树脂基体在高温下,特别是吸入一定水分的基体在高温下的性能有明显下降,因而导致复合材料单层力学性能中由基体性能控制的横向模量和强度、剪切模量和强度下降。
图13.1和图13.2给出了典型碳纤维增强环氧树脂基复合材料单层在22℃,60℃和128℃三种温度和干燥条件下的横向拉伸和面内剪切应力-应变曲线。
可以看到随着温度的升高,该材料的横向模量和剪切模量明显下降,横向拉伸强度下降较小,剪切强度在128℃时下降显著。
图13.3给出了典型碳纤维增强环氧树脂基复合材料单层在常温干燥和常温吸湿1%下以及在高温(90℃)、干燥和吸湿1%下的面向剪切应力-应变曲线。
含分层损伤大层数复合材料层合板层间热效应分析复合材料层合板是一种结构材料,由于其高强度、耐热、轻质等优点而被广泛应用。
而在复合材料层合板的制造和使用中,常常会受到一些热效应的影响,其中就包括了层间热效应。
本文将探讨含分层损伤大层数复合材料层合板层间热效应及其分析方法。
一、层间热效应概述层间热效应是指在复合材料层合板受到热作用时,不同层之间产生的温度梯度和热应力的变化。
热效应会引起复合材料层合板的形变和损伤,从而影响其力学性能和工作寿命。
二、分层损伤对层间热效应的影响当复合材料层合板发生分层损伤时,不同层之间的粘合性能会受到影响。
这种损伤会引起层间应力分布的不均匀,从而导致层间热效应的变化。
当复合材料层合板受到热作用时,不同层之间产生的热应力也会不同,从而引起材料的形变和内部的损伤。
三、含分层损伤大层数复合材料层合板层间热效应分析通常情况下,可以通过数值模拟的方法来分析含分层损伤大层数复合材料层合板的层间热效应。
这种数值模拟方法包括有限元法、边界元法、差分法等多种方法。
其中,有限元法是最常用的一种方法。
在有限元法中,可以采用弹性模型和热传导模型来模拟复合材料层合板的层间热效应。
对于含分层损伤大层数的层合板,可以将其分成多个子层来进行建模。
在建模时,需要考虑不同层之间的界面接触情况和界面损伤情况,以及复合材料层合板的几何形状、热源类型、边界条件等。
通过数值模拟分析,可以得到复合材料层合板的温度场分布、应力场分布和形变情况。
这些结果可以用来评估复合材料层合板的力学性能和寿命。
同时,也可以通过数值模拟来预测复合材料层合板在反复受热和冷却时的损伤情况。
四、结论含分层损伤大层数复合材料层合板的层间热效应是制造和使用复合材料层合板时需要考虑的重要因素。
数值模拟方法提供了一种有效的手段来分析复合材料层合板的层间热效应。
在实际应用中,需要根据具体情况选择合适的数值模拟方法,并考虑不同层之间的粘合性能和界面损伤等因素。